自动交换光网络体系结构

为了改变传统光传送网络对业务的人工配置方式，引入了信令，将不同网络节点的控制实体通过信令进行控制信息交换，从而对时隙资源进行智能的分配和控制，动态地建立满足用户需求的端到端连接。这就是自动交换光网络(ASON)的实现方式。

　　由于标准信令的引入，人们不仅可以根据用户的需求来建立符合服务水平协议(SLA)的连接或应用户请求来释放连接，有效地利用光网络中的带宽资源，还可以在光网络出现故障时，采用动态重路由手段，利用信令交换，为受到故障影响的连接动态建立替换连接，从而使光网络对业务有更好的保护和恢复功能。

　　由于ASON考虑的节点设备可以是SDH设备也可以是波长设备，因此为了描述的方便，本文中的“光网络”是指由SDH设备或波长设备组成的网络。

1 ASON的平面结构

　　ASON不同于传统的光网络。它在传统网络基础上增加了一个新的控制平面，因此ASON网络由3个平面和一个数字通信网(DCN)组成。

　　控制平面包括一系列实现路由选择和信令等特定功能的组件，用于支持连接的建立和释放等。控制平面可以独立于管理平面指挥传送平面完成连接的建立、释放等功能，也可以在管理平面的作用下实现连接的控制。

　　管理平面与控制平面技术互为补充，实现对整个网络的管理。ASON网络的管理平面除了实现传统网络管理的基本功能外，还需要实现控制平面链路资源信息的管理，网络地址配置和寻址，以及负责控制平面的控制策略制定和网络整体协调等功能。

　　传送平面由一系列的传送实体组成。包括交叉连接单元和物理传送链路。控制平面和管理平面通过指挥这些物理实体的动作来实现需要的连接。此外传送平面还可以用于提供控制平面和管理平面的通信通道。

　　DCN网络则为管理平面和控制平面提供通信通道。上述管理平面内部的信息传递，用户网络接口(UNI)、网络节点接口(NNI)之间的信令信息传递都通过DCN网络提供实际支持。DCN网络可以包含在传送平面中，例如使用传送平面的开销字节，也可以通过独立于传送平面本地网络的数字通信网络实现。

　　上述3个平面使用4个重要接口实现信息交互。4个接口为：连接控制接口(CCI)、网络管理接口(NMI)、NNI和UNI，其中CCI连接控制平面和传送平面，用于传递控制信息和同步传送资源状态信息；NMI包括管理平面和控制平面(NMI-A)之间的接口以及管理平面和传送平面(NMI-T)之间的接口，分别实现管理平面对控制平面和传送平面的管理；NNI包括内部网络接口(I-NNI)和外部网络节点接口(E-NNI)，用于实现控制平面内部的信息交互；UNI是用户网络和核心传送网络之间的接口，实现客户网络和核心传送网之间的信息交互。

　　正因为ASON是在原有光网络中进入了一个新的控制平面功能，从而实现了自动交换功能，所以本文有关部分将重点介绍ASON的控制平面功能和结构。

2 ASON的控制平面功能结构

　　由于ASON的核心功能是利用标准信令建立跨不同厂商设备网络、不同运营商网络的端到端连接，因此从控制平面的结构体系建立，包括控制平面的功能的进一步分解，都是围绕着核心功能“连接的自动建立、删除、维护等”(简称连接功能)进行的。以连接功能为核心，ASON控制平面的基本功能应分为：连接功能、路由功能、链路管理功能、自动发现功能。这些功能之间存在服务关系，除自动发现功能外，路由功能和链路管理功能将直接服务于连接功能。

　　由于这实现这些基本功能的功能过程不仅涉及用户网络，还涉及光网络本身的不同分割区域，需要网络的不同部分进行信息交换，因此信令功能是这些基本功能的组成部分。每个基本功能除了完成本地功能操作外，在涉及网络不同部分间的互连操作时，需要由特定的信令协议去实现，并且信令协议需要考虑不同网络部分间的各种接口，这些接口包括UNI、E-NNI、I-NNI。

2.1 连接功能

　　控制平面考虑的端到端连接实际是一个网络连接，该网络连接由若干子网连接和链路连接组成，因此连接建立的过程实际是：通过路由计算确定连接要经过的子网，然后确定链路连接(链路连接确定的同时也确定了子网连接)。

　　在传统光网络中，用户所需要的端到端连接是完全由管理平面负责建立的，这种连接被称为硬永久连接。在硬永久连接中，连接计算过程可完全由人工负责进行，也可以由网管系统的端到端自动配置软件系统完成连接计算过程，然后指示传送平面建立连接。

　　在自动交换光网络中，控制平面要支持的端到端连接类型有2种：软交换连接、交换连接。

2.1.1 连接的基本任务活动

　　面对两种连接类型，除了连接的建立外，连接还有另外4个基本任务活动：连接的释放、连接的维护、连接的修改。其中连接的修改是指对已建立的连接修改连接的某些参量(比如修改连接的原服务等级)；连接的维护是指对已建立的连接的各种状态进行维护并监视连接是否出现故障。

　　可以将所有连接任务活动统称为连接控制。在连接控制过程中，要考虑连接的生存机制。当连接的服务等级需要对连接进行保护时，那么可以采用一定的保护手段建立连接，如在连接的维护过程中，若发现连接故障影响业务的传送，还必须建立恢复连接来代替故障连接。

2.1.2 连接功能的基本构件

　　连接功能的基本构件由呼叫控制器、连接控制器组成。

　　呼叫控制器负责在网络边界处对呼叫方和被呼叫用户名、服务参量进行检查，确定呼叫是否可被允许接入。连接经过的中间节点不需要做这样的操作。因此，引入呼叫控制器的目的是为了减少中间连接控制节点对不必要信息的解码和处理。

　　连接控制器负责连接的整个建立过程，当一个连接控制器接收到连接请求后，首先向路由功能块咨询连接要经过的链路，然后通知链路管理功能块确定链路连接。负责某一网络部分的连接控制器还可向其他连接控制器发出连接请求从而实现其他网络部分的连接。连接控制器要负责对已存在连接的管理和维护。

2.1.3 连接要考虑的网络层次结构

　　不论网络本身多么复杂，网络连接实际上是由链路连接和子网连接构成的，而链路连接可以靠子网间的协商机制来确定，因此完全可以使用统一的子网划分方式来对传送网进行划分，当要建立跨网络的端到端连接建立时，只需以子网为单位来考虑不同网络部分间的连接信令交流，并以子网为单位来进行路由计算，从而实现跨网络的端到端连接的建立。这里的子网可以是按层嵌套的。

　　按照子网层次，每个子网有相应的连接控制器，并且可在同级子网的连接控制器间进行信令信息的交互，也可在母子网连接控制器与子子网连接控制器间进行信令信息的交互。

2.2 路由功能

　　路由功能分为两部分，一个是直接服务于连接建立过程的路由算法，一个是独立于连接建立过程的路由拓扑信息的管理和维护。由于连接是面向子网层次结构的，所以路由功能也要考虑子网层次来形成路由区层次结构，根据这种层次结构，路由功能的具体实现须由分布在不同路由区层次的路由控制器组成。

　　路由控制器须负责层网络拓扑信息的管理和维护。路由控制器通过和本地的链路管理器(属本地链路管理功能)的链路状态信息交互，以及通过和其他相邻路由控制器进行链路状态信息和可达信息的交互，路由控制器获得准确的层拓扑路由信息，从而使这些拓扑信息随时服务于连接建立所需要的路由计算过程。其中路由控制器间进行的信令交换需要特定的信令协议控制器来完成。这里的链路状态信息包括链路的存在与消失、链路可用容量的变化等。

2.3 链路管理功能

　　链路管理对存在的链路进行管理和维护。这里的链路是两个子网间的链路，它可由管理平面配置，也可由自动发现功能通过发现过程发现，甚至可以是由控制平面建立的一个包含多个客户层连接关系的服务层连接。

　　链路管理功能的实现是由分布的链路管理器组成，链路管理器之间要采用相应的链路管理信令进行信息交换。链路管理器的主要功能是：

　　(1)向路由控制器传送链路信息以使路由控制器获得网络拓扑信息。链路信息包括：链路的存在信息、链路的可用容量信息等。

　　(2)应连接控制器的请求，建立或删除链路连接。

　　(3)负责对链路和链路连接的性能进行维护，当出现故障时，要通知相关的连接控制器或路由控制器。

　　严格来讲，链路管理功能的实现需要控制平面和传送平面共同参与，光网络原有的传送平面功能需要为此增加新的链路管理功能成分。

3 ASON的自动发现功能

　　自动发现的一个重要目的是通过自动发现，帮助控制平面形成建立连接所需要的层拓扑信息，以代替以前在管理平面的人工配置拓扑方式。自动发现还可直接帮助管理平面对传送平面拓扑资源进行管理。

　　自动发现的主要任务是：物理媒体邻接发现、层邻接关系发现、控制平面逻辑实体邻接建立、通过服务能力交换发现具有层邻接关系的层两端端口所具有的服务能力。

　　物理媒体邻接发现用来检验网络中经光纤或其他物理媒体直接连接的两个网元端口间的物理连接性。

　　层邻接发现是指在一个特定层网络中推出位于不同子网的两个子网点的邻接关系(支持此邻接关系的服务层路径已经存在)。

　　控制平面逻辑实体的邻接建立任务是发现控制实体的相邻关系，以便在不同相邻控制实体间建立通信机制。这里的控制实体是指直接或间接控制层邻接端口的控制实体，这里的实体可以是链路管理器、路由管理器等。

　　自动发现过程需要把发现的邻接信息，包括层邻接关系、层服务能力等信息，通知链路管理器，以便链路管理器创建链路实例，根据链路包含的层邻接特性管理链路，并间接使路由控制器更新层拓扑信息。

　　自动发现过程应具有对已存在的邻接关系(如物理媒体邻接、层邻接)的跟踪能力，当邻接关系发生改变时，也需要通知链路管理器。

　　同链路管理功能类似，严格来讲，自动发现功能的实现需要控制平面和传送平面共同参与，光网络原有的传送平面功能需要为此增加新的自动发现功能成分。

4 ASON的数据通信网

　　在ASON的体系结构中，DCN是一个重要的组成部分。整个ASON通过DCN来实现控制平面各控制节点之间、管理平面各管理功能单元之间、控制平面和管理平面之间的信息传递。ITU-T在G.7712中定义了DCN的体系结构与规范，DCN是一个基于分组的通信网，它包括支持电信管理网(TMN)应用的分布式管理通信网(MCN)，支持ASON应用的分布式信令通信网(SCN)，以及支持包括公务、语音通信和软件下载在内的其他应用的分布式通信网，其中SCN采用共路信令方式。DCN提供网络层、数据链路层和物理层的通信，它的结构可以单独采用IP、OSI或者两者的结合，其间的互连互通应符合相关标准的规定。

　　在设计DCN的时候，可以根据网络的大小、链路的容量、安全的需要、性能的考虑，将不同应用的DCN分离开来。分离的层次可以根据需要灵活地选择，比如说，MCN、SCN和其他应用的通信网共用同一个IP网；MCN、SCN和其他应用的通信网使用同一个物理网，但在网络层上分离；MCN、SCN和其他应用的通信网使用不同的物理网等。另外，在G.7712最新的修订中，增加了利用多协议标签交换(MPLS)的机制，以便于DCN支持面向连接的SCN业务。并且为了提高SCN的可靠性，在建议中引进了1+1分组保护数据通信功能(DCF)功能，给出了基于MPLS的机制实现1+1分组保护功能的方法。

5 ASON的协议体系

　　现在，主要有3个标准化组织在进行ASON的标准化工作，ITU-T、IETF和OIF，它们均为ASON的发展和实现做出了巨大的贡献。

　　作为国际通信行业的主要标准化组织，ITU-T主要从系统需求和体系结构入手，定义了自动交换光网络的体系结构(即G.807和G.8080)，提出了ASON在分布式呼叫连接控制(G.7713)、自动发现协议(G.7714)、路由协议(G.7715)、链路管理(G.7716)等单元技术方面的要求和规范[1-7]。并且参照其他标准化组织的成果，开始对各项单元技术给出具体实现方案。在连接控制信令方面，ITU-T在G.7713.1、G.7713.2、G.7713.3协议中建议了ASON信令机制的3种协议PNNI、RSVP-TE和CR-LDP，它们均满足G.7713的规范；在自动发现信令方面，ITU-T在G.7714.1中给出了SDH和OTN中层邻接发现的方法和规程；在路由信令方面，ITU-T也有了G.7715.1草案，对路由的实现给出了具体的规定，但是现在还没有明确的特定实现协议与之相对应。在链路管理信令方面，目前也有明确的特定实现协议与之相对应。

　　IETF作为IP标准和规范的制定者，主要从ASON控制平面的控制协议方面做出要求和规定。它的一个主要贡献就是通用多协议标签交换(GMPLS)。GMPLS是IETF关于MPLS用于IP网络流量工程相关工作的扩展，可以用做光网络的控制协议。GMPLS是一个协议族，其中包括用于连接控制信令的RSVP-TE协议和CR-LDP协议，ITU-T的G.7713.2和G.7713.3采用的就是这两种协议；用于路由的OSPF-TE协议和IS-IS-TE协议可以作为光网络的域内路由协议，但是由于OSPF或IS-IS中定义的域不同于G.7715定义的域，所以这两个路由协议不满足G.7715的规范；用于链路管理的协议LMP，功能包括控制通道维护、TE链路管理和链路故障定位。

　　OIF则主要关注于ASON间接口的实现。OIF先后推出了UNI1.0和UNI2.0规范，支持在光网络的客户之间快速建立连接，并提供不同等级的保护和恢复能力，它的信令以RSVP-TE(或者CR-LDP)和LMP为基础，实现功能包括建立连接、自动邻接发现、自动服务发现信令、故障监测、定位和通告等。2001年基于OIF UNI1.0版本的几家通信公司已经进行了成功的互连。OIF现在正在进行NNI的标准化工作，主要是对域间信令和域间路由的研究工作。OIF正在制定域间路由协议(DDRP)规范，这是一种分级链路状态路由协议，满足G.7715的路由体系结构。DDRP并不是一个全新的路由协议，而是分别基于OSPF和IS-IS两种路由协议而来。

6 参考文献

　　[1] ITU Rec G.807. Requirements for Automatically Switched Transport Networks (ASTN) [S].

　　[2] ITU Rec G.8080. Architecture for the Automatically Switched Optical Network (ASON) [S].

　　[3] ITU Rec G.7712. Architecture and Specification of Data Communication Network [S].

　　[4] ITU Rec G.7713. Distribuued Call and Connection Management (DCM) [S].

　　[5] ITU Rec G.7714. Generalized Automatic Discovery Techniques [S].

　　[6] IETF RFC 3471. Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) Signaling Functional Description [S].

　　[7] 顾畹仪. 自动交换光网络 [J]. 中兴通讯技术, 2002,8(S0):23-25.

[摘要] 文章从连接功能、路由功能和链路管理功能等方面详细介绍了ASON控制平面的功能结构，并对ASON的自动发现功能、数据通信网和协议体系进行了介绍。

[关键词] 自动交换光网络；自动连接；自动发现；数据通信网

[Abstract] This article introduces the functional architecture of ASON control plane with regard to connect function, routing function,link management function, etc. The automatic discovery function, data communication network and protocol system of ASON are also introduced.

[Keywords] ASON; automatic connect; automatic discovery; DCN